Электроника и микропроцессорная техника

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 5

Расчет импульсных устройств

Примеры решения задач

Пример 5.1 Транзисторный ключ (рисунок 5.1) собран на транзи- сторе КТ847А, U_п = 5 В; R_к = 1 Ом; R_б = 20 Ом; R = 5 Ом; E_б = –1 В.
Определить значения U_вх, при которых транзистор работает в ре- жимах отсечки, насыщения и в активном режиме. Характеристики транзистора приведены на рисунке 5.2.

^C R_к



U
_{R Б} I_б
вх



R
I₁
с
^Rб I₂
U_п


^Uвых

E
E_{с -
+} б

Рисунок 5.1 – Схема включения транзисторного ключа

Рисунок 5.2 – Характеристики транзистора КТ847А: а) Входные характеристики; б) Выходные характеристики
Решение
Режим отсечки реализуется, если напряжение на базе транзистора U_б меньше порогового значения U_бэ.пор. Согласно входным характери- стикам транзистора U_бэ.пор. = 0,68 В. Тогда ток I₂ равен
I₂ = (U_бэ.пор + |E_б|) / R_б = (0,68 + 1)/20 = 0,084 А.
Базовый ток транзистора в режиме отсечки равен нулю, поэтому
I₁ = I₂ = 0,084 А. Соответствующее входное напряжение равно
U_б = U_бэ.пор + I₁ · R = 0,68 + 0,084·5 = 1,1 В.
Следовательно, транзистор находится в отсечке, если
U_вх < 1,1 В.
Определим граничное входное напряжение для режима насыще- ния. Для этого нужно знать U_кэ.нас, I_{б.нас.гр} и U_бэ.нас. Величину U_кэ.нас можно приближенно определить по выходным характеристикам транзистора (рисунок 5.2). Оно примерно равно 0,2 В. Теперь можно определить ток I_к.нас:
I_к.нас= (U_п – U_кэ.нас) / R_к = (5 – 0,2) В / 1 Ом = 4,8 А.
Ток I_{б.нас.гр} можно найти, воспользовавшись выходными характе- ристиками транзистора. Из рисунка 5.2 следует, что I_{б.нас.гр} = 0,3 А. По входной характеристике (рисунок 5.2) определяем значение напряже- ние U_бэ.нас, соответствующее току 0,3 А: U_бэ.нас = 0,8 В.
Если транзистор находится в насыщении, то напряжение U_бэ.нас
остается постоянным даже при токах I_б, больших I_{б.нас.гр}. Ток I₂ равен
I₂ = (U_бэ + |E_б|) / R_б = (0,78 + 1) / 1 Ом = 0,09 А.
Входное напряжение, отвечающее границе между активным ре- жимом и режимом насыщения
U_вх.гр = U_бэ.нас + ( I₂ + I_{бэ.нас.гр}) · R = 0,8 + (0,09 + 0,3) · 5 = 2,75 В.
При всех напряжениях, больших U_вх.гр, транзистор находится в насыщении.
Пример 5.2 Рассчитайте компоненты схемы выборки хранения (рисунок 5.3), напряжение питания U = ±15 В, ОУ ДА1 и ДА2 типа TITL081.



5 В

0 В

а)
5 В

Управля
напряжен

+

–


^Uвых
б)
Рисунок 5.3 – Схема выборки – хранения
а) Схема с полевыми транзисторами на входе ОУ; б) форма напряжений
Транзисторы VT₂ и VT₃ имеют следующие данные: U_КЭО= 40 В, h_{21 Э мин} = 40, U_{КЭ нас} = 0,5 В, U_{ВЭ нас} = 0,7 В. Данные полевого транзи- стора: U_{ЗИ макс} = 30 В, I_{СИ нас} = 20 мА, I_{ЗИ нас} = 50 пА, I_{С выкл} = 40 пА,. Выходной ток TL081 в лучшем случае составит 20 мА; r_{СИ вкл} равно 100 Ом. Максимальное время хранения должно быть 10 мс с погреш- ностью 0,1 %. C = I_сt_хран / ∆U_хран, I_с = I_см.у2 + I_{C выклT1} = 200 пА + 40 пА,
∆U_хран = 0,1 % U_{вх макс} = 0,1 % (10В) = 0,01 В, C = (240 пА·10 мс) / 0,01
В = 240 пФ. Так как могут иметь место и другие, неучтенные пути утечки, устроим полученную величину емкости и используем сербе- ряно-слюдяной конденсатор. Конденсатор такого типа нетрудно при- обрести. Положим C = 750 пФ. Время выборки будет равно наиболь- шей величине:
^tвыбор ^{= 2C}вх ^{/ t}вых.У1^{, t}выбор ^{= 10C}вх^[Rвых.У1 ^{+ r}СИ вкл.Т1^],
tвыбор ^{= 2U}вх ^{/ V}У1^.
Так как U_вых может изменяться от + U_вх до – U_вх, t_выбор ≥ 750 пФ
(20 В) / 20 мА = 7,5 мкс, или t_выбор ≥ 10 (750 пФ) 100 Ом = 0,75 мкс, или t_выбор ≥ 20 В/мкс = 1,54 мкс. Поэтому t_выбор должно быть больше 7,5 мкс.
Остальная часть вычислений касается непосредственно расчетов ключевого транзистора. Положим R₂ = 1 МОм, I_КТ2 = I_КТа= 1 мА.